Вилки полевой установки

Финансовая привлекательность формирования информационной проводки на базе СКС во многом определяется ее универсальным характером. Однако ожидаемый эффект достигается только при выполнении определенных условий, с учетом которых разрабатывались и концепция структурированного каблирования, и реализующая ее техника. Прежде всего речь идет о простоте замены пользовательских терминальных приборов, например, при их моральном устаревании или перемещении из одной точки в другую.

На современном этапе развития систем автоматизации постулаты, положенные в основу концепции СКС, выполняются уже не столь безоговорочно, что ощутимо сказывается на эффективности. Главные причины заключаются в том, что значительное количество терминальных устройств ИКС:

• уже не относится к пользовательским (например, контроллеры инженерного обеспечения), в том числе вследствие их перехода в разряд групповых (точки радиодоступа, IP-камеры системы видеонаблюдения, турникеты системы контроля доступа и т. д.);
• перестали быть мобильными, то есть, в отличие от телефонов и рабочих станций, их уже не перемещают с интенсивностью от 0,5 до 1,5 раза в год;
• располагаются не на рабочем столе, а в хорошо защищенном от механических повреждений месте (под потолком и за подвесным потолком, в корпусе турникета и т. д.).

Таким образом, в СКС появляется определенная функциональная и аппаратная избыточность, которая приводит к удорожанию проекта. Восстановить исходную финансовую привлекательность структурированной проводки можно путем внесения соответствующих изменений в концепцию ее построения. Эти нововведения следует вводить в виде дополнений к существующей технике, чтобы при необходимости они не блокировали возможность применения традиционных подходов.

ИЗМЕНЕНИЯ В КОНФИГУРАЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ И В ПРИМЕНЯЕМЫХ КОМПОНЕНТАХ

Концептуальные изменения происходят и в области элементной базы. Достаточно простые, логичные и полностью отвечающие указанным выше ограничениям, они хороши тем, что:

• не затрагивают ранее принятые постулаты;
• представляют собой их естественное расширение;
• в обоснованных случаях позволяют отказаться от использования новой техники с сохранением известных ранее достоинств структурированной проводки;
• при необходимости дают возможность вернуться к традиционным структурам даже в уже инсталлированной кабельной системе.

Концептуальные изменения касаются допустимых конфигураций кабельных трактов и основаны на том, что СКС представляет собой совокупность стационарных линий. При формировании трактов передачи информации их соединяют и подключают к сетевому оборудованию с помощью шнуров или их аналогов. Суть нововведений заключается в расширении перечня допустимых для построения СКС конфигураций.

К классическому кабельному тракту, схема простого варианта которого представлена на рис. 1, а, органы стандартизации добавили еще две конфигурации: тракт прямого соединения (англ. direct attach channel), представленный на рис. 1, б, и тракт прямого подключения (англ. direct connection channel) — рис. 1, в.

Рис. 1. Основные варианты реализации простых трактов передачи: а — классический прямой тракт; б — тракт прямого соединения (direct attach channel); в — тракт прямого подключения (direct connection)

Первая конфигурация мало чем отличается от длинного коммутационного шнура, и ее введение в перечень разрешенных носит формальный характер. Ранее применять вторую схему запрещалось: согласно требованиям нормативных документов, пользовательский интерфейс можно было реализовать на основе розетки модульного разъема не ниже Категории 5е. Ее введение обосновывается тем, что отказ от комбинации розеточного модуля и аппаратного шнура в гораздо большей степени соответствует условиям подключения терминальных устройств наподобие точки радиодоступа, телекамеры системы видеонаблюдения и аналогичных им.

Использование схемы direct connection позволяет:

• устранить функциональную избыточность, что уменьшает количество точек отказа (статичный характер точки подключения и ее хорошая защита от механических повреждений делают ненужным сменный коммутационный шнур);
• снизить затраты за счет отказа от дорогого коммутационного шнура и уменьшения объема инсталляционных работ;
• улучшить качественные показатели тракта благодаря уменьшению переходной помехи (согласно стандартам, вилка того конца тракта, который на схеме изображен справа, относится к аппаратуре) и увеличению мощности сигнала на входе приемника (гибкий кабель аппаратного шнура отсутствует, а он приводит к повышению погонного затухания минимум на 20%).

Стационарная часть тракта direct connection реализуется на основе обычного линейного кабеля с жесткими однопроволочными проводниками, что гарантирует соблюдение преемственности. Усложняющим фактором становится несимметричная структура тракта.

НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ ВИЛОК ПОЛЕВОГО ОКОНЦЕВАНИЯ

Тракты прямого подключения в их «терминальной» части вполне могут быть сформированы на основе классических вилок модульных разъемов. Однако их достоинства наиболее полно реализуются лишь при использовании специализированной элементной базы, которая ранее не применялась.

Многие производители СКС предлагают самые разнообразные материалы и инструменты для сборки шнуров. Более того, достаточно подробные указания по выполнению соответствующих процедур содержались в базовых стандартах СКС, принятых еще в 1995 году. Отметим, однако, что классическая вилка модульного разъема:

• неудобна для установки непосредственно на объекте монтажа из-за сложности раскладки проводов даже при использовании технологической оправки;
• требует достаточно высокой квалификации монтажника;
• представляет собой одноразовое изделие и выбрасывается в случае ошибки;
• может быть смонтирована только с помощью специализированного обжимного инструмента с неудовлетворительными массогабаритными показателями.

По этим причинам большинство системных интеграторов, занимающихся установкой СКС, уже давно отказались от полевой сборки шнуров и применяют шнуровые изделия заводского изготовления. В результате члены монтажных бригад не только утеряли необходимые профессиональные навыки, но и не имеют специализированных инструментов.

Проблема усугубляется следующими особенностями трактов direct connection:

• использование IPC-контакта в конструкции классической вилки приводит к повышенному проценту брака в процессе обжима на однопроволочные проводники линейных кабелей;
• в случае применения вилок классической конструкции крайне тяжело добиться хорошей воспроизводимости ключевых параметров, что наиболее ярко проявляется в части возвратных потерь.

Эффективно выполнить эти требования и устранить недостатки можно путем разработки новой конструкции.

ОСОБЕННОСТИ ВИЛОК ПОЛЕВОГО ОКОНЦЕВАНИЯ

Кабельные тракты прямого подключения должны по возможности гарантировать пропускную способность 10 Гбит/с и поддерживать нормальное функционирование стандартного оборудования, обеспечивающего дистанционное питание постоянным током не ниже PoE++. При выполнении этих требований перспективные точки радиодоступа с поддержкой гигабитных скоростей и системы видеонаблюдения с управляемыми IP-камерами будут успешно работать и в случае 100-метровой протяженности тракта.

В основу конструкции вилок полевого оконцевания целесообразно положить следующие постулаты:

• отказ от IPC-контакта в пользу IDC-исполнения контактной части элементов подключения к линейному кабелю;
• выполнение сборки с использованием уже существующих технологических или иных общедоступных инструментов;
• электрические характеристики вилок должны соответствовать требованиям в отношении компонентов Категории 6А.

Последнее условие означает принадлежность вилки к элементам так называемого центрированного типа, то есть обеспечивающим требуемые характеристики в первую очередь по переходному затуханию при взаимодействии с любой стандартной розеткой.

Высокий спрос на вилки для полевого оконцевания привел к тому, что к их разработке и производству подключилось большое количество компаний. Поставленная задача решалась на основе имеющегося задела, технологических возможностей предприятия и действующих патентных ограничений. Немаловажное значение имели отпущенное на разработку время и выделенный объем финансирования, а также пристрастия специалистов. В результате в открытую продажу поступило множество образцов, которые в большей или меньшей степени отвечают перечисленным выше требованиям.

Задача обеспечения стабильности и точности задания требуемых характеристик решается за счет того, что подача проводов отдельных предварительно расплетенных пар к IDC-контактам оконцевателя производится параллельно, а необходимые скрещивания для достижения правильной раскладки по контактам осуществляются с помощью внутренних цепей. Улучшению качества способствует переход на двухуровневую схему подачи, которая применяется как в моноблочных вилках, так и в изделиях вставочного типа (рис. 2).

Рис. 2. Схемы подачи проводов к IDC-контактам: а — моноблочная вилка с задней прямой подачей и вертикальным обжимом; б — вилка вставочного типа

ТРАДИЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

К традиционным конструкциям отнесем те, которые представляют собой комбинацию из механически соединенных между собой отдельных частей вилки и розетки. От первой взята передняя часть с контактами и защелкой рычажного типа (что гарантированно позволяет соблюсти требования стандартов в части совместимости с розеточным гнездом), а от второй заимствован оконцеватель, который для сокращения общей длины выполняется по разрезной схеме. Сборка IDC-контактов располагается в задней части вилки. Установка проводов осуществляется с помощью обычного однопроводного ударного инструмента.

Определенную популярность получила нажимная технология установки. Ее суть состоит в том, что досылка отдельных проводов до места осуществляется не ударом, а длительным и сравнительно небольшим щадящим усилием. Это надежно предохраняет IDC-контакты оконцевателя от деформации и дает возможность улучшить частотные свойства. При таком подходе провода сначала укладываются в направляющие каналы, а затем досылаются до места нажатием на крышку. Направляющие каналы в таких структурах могут быть составной частью оконцевателя или же формироваться на съемной оправке (вилки серии TX6a компании Panduit).

ОКОНЦЕВАТЕЛИ ВСТАВОЧНОГО ТИПА

Одной из больших проблем полевой установки вилок Категории 6А с оконцевателями традиционной конструкции является сложность достижения требуемых значений параметров NEXT и RL. Она является прямым следствием малых размеров вилки и трудности правильной подачи к IDC-контактам отдельных проводов витых пар с соблюдением минимальной длины нарушения фабричной скрутки.

Эффективным способом решения этой задачи становится отказ от моноблочного исполнения вилки с переходом на схему вставочного типа. Суть решения заключается в том, что оконцеватель формируется из двух частей. Первая представляет собой терминирующий блок в форме вставки с круглыми направляющими в виде отверстий или пазов для отдельных проводов и встроенными в них IDC-контактами. Процесс оконцевания реализуется следующим образом:

• витые пары расплетаются и последовательно вводятся в направляющие каналы;
• в системе REVConnect компании Belden на вставку дополнительно надевается оправка с контактами;
• с помощью равногубцев или универсального технологического инструмента производится подключение проводов к контактам;
• вставка устанавливается в технологическое гнездо, где с помощью внутренних токоведущих дорожек происходит соединение проводов кабеля с рабочими контактами вилки.

Технологическое гнездо формируется на задней поверхности вилки, а подключение осуществляется линейным осевым движением (рис. 2, а и рис. 2, в). Возможно также применение верхней схемы, когда вставка вводится в гнездо движением сверху вниз (рис. 2, б).

Контакты вставки для подключения к внутренним токоведущим дорожкам вилки выводятся на ее боковую поверхность (Belden и TTL Network соответственно) или на дополнительную печатную плату, заметно выступающую вперед за габарит вставки (по схеме немецкой компании Telegartner). Все три решения представлены на рис. 3.

Рис. 3. Варианты исполнения и направления подключения терминирующих блоков к вилкам полевого оконцевания вставочного типа: а — задняя подача с контактами на терминирующем блоке; б — верхняя подача с контактами на терминирующем блоке; в — задняя подача с контактами на вынесенной печатной плате

При таком подходе преимущество состоит в том, что технологические контакты реализуют принцип контактной шины. При вводе вставки в установочное гнездо они скользят по ответному контакту, разрушая окисную пленку и сдвигая назад частицы загрязнений. В результате контактное сопротивление снижается и увеличивается его стабильность во времени.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ФИКСАЦИЯ КАБЕЛЯ В ВИЛКЕ

В процессе эксплуатации линий прямого подключения не исключено появление вырывающих осевых усилий кабеля из вилки. Для сохранения нормальных параметров линии связи усилия не должны передаваться на IDC-контакты. Необходимую степень механической стабильности всей структуры обеспечивает механизм крепления кабеля к вилке.

Радикальное изменение конструкции задней части вилки, в которой у прототипа расположен типовой клиновой механизм крепления, вынудило разработчиков заново создать узел для ее установки на кабель. Известно несколько различных способов решения данной задачи.

В вилках традиционной конструкции механизм крепления не претерпел существенных изменений. В качестве его основы берется пластиковая стяжка, и, чтобы установить ее за линейками разрезного оконцевателя, на корпусе вилки предусмотрены соответствующие вырезы и направляющие. В затянутом состоянии стяжка прижимает кабель, обеспечивая надежную и достаточно щадящую для витков механическую фиксацию. Указанное решение использовано в вилках немецкой компании TTL.

Функции фиксатора можно возложить на хвостовик. Для этого он изготавливается из двух половинок, которые представляют собой составную часть и продолжение узла толкателя проводов, досылающих их в IDC-контакты за счет углового поворота на оси. В процессе усадки половинки хвостовика сводятся вместе и удерживаются защелками в сомкнутом состоянии, (см. рис. 4).

Рис. 4. Разрезной хвостовик-фиксатор: а — положение перед установкой вилки; б — положение после установки

Довольно большую популярность за счет удачного сочетания технической простоты и эффективности приобрел цанговый держатель (вилки FM45 компании Reichle & De-Massari и RFT-6A американской компании Wirewerks). Губки цанги охватывают и мягко обжимают оболочку кабеля при завинчивании гайки.

В тех ситуациях, когда требуется сократить длину корпуса, можно использовать держатель зажимного типа. Он состоит из двух половинок с полукруглыми ложементами, один из которых с усилием опускается на оболочку кабеля при повороте бокового эксцентрикового рычага.

ПРОЧИЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Выполнение норм в части переходного затухания и возвратных потерь достигается с помощью следующих приемов:

• сближенное двухрядное расположение ножей IDC-контактов, позволяющее уменьшить раскрыв проводов витой пары при установке;
• применение только параллельной раскладки проводов без перекрещиваний и обеспечение требуемой раскладки по контактам за счет внутреннего скрещивания токопроводящих цепей;
• внедрение направляющих каналов для проводов;
• отказ от рядного расположения IDC-контактов в пользу двухуровневого, что уменьшает предельный угол отклонения проводов от оси кабеля;
• пространственное разнесение пар оконцевателя за счет увеличения ширины диэлектрической перемычки между ними.

В части механического исполнения популярностью пользуются Г-образные корпуса. Они дают возможность заметно сократить длину изделия, что важно при ограниченном пространстве подключения телекамеры или точки радиодоступа, а также в других аналогичных ситуациях.

Г-образный корпус обычно является фиксированным (пример: вилка FM45 швейцарской компании Reichle & De-Massari). Немецкая компания TTL Network предложила более функциональную вилку, в которой передняя и задняя части корпуса соединены между собой на шарнире с возможностью углового поворота на 45° вверх и 90° вниз.

В вилках FM45 предусмотрен также дополнительный интегральный нож, отсекающий излишек провода после его вдавливания в IDC-контакт. Он установлен соосно с IDC-контактом, конструктивно похож на него и имеет близко расположенные ножи, практически полностью перерезающие токопроводящую жилу и изоляцию.

Кроме того, довольно большое количество вилок полевого оконцевания имеют металлический корпус. Тем самым обеспечивается их механическая прочность, что придает им свойство многоразового изделия и оказывается полезным при установке в полевых условиях с использованием только подручных средств (без специализированных инструментов).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Концепция трактов прямого подключения доведена до уровня возможности массового внедрения как в части структурных требований и ограничений, так и в части предложения вилок полевой установки, которые являются ключевым аппаратным компонентом таких трактов. Доступные сегодня серийные вилки для полевой установки, разработанные и выпускаемые ведущими мировыми производителями СКС, обладают необходимыми параметрами для фокусной области применения.

Технология установки вилок мало отличается от монтажа розеточных модулей, что не только упрощает освоение новой техники, но и снимает проблему «детских болезней», неизбежную при введении революционных изменений. Вилка полевой установки на основе традиционных оконцевателей с IDC-контактами может выполнять функции адаптера быстрого оконцевания, и пару таких вилок целесообразно включать в штатное оснащение монтажников и измерителей.

Андрей Семенов, директор по развитию СУПР, профессор МТУСИ